煤線互聯互通在五環爐煤粉加壓輸送系統中的研究和應用

馮海平

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)是河南能源化工集團旗下子公司，主要生產規模為一期50萬t/a甲醇，20萬t/a二甲醚，二期40萬t/a醋酸，40萬t/a乙二醇裝置，其中，二期煤氣化裝置是采用中國五環工程有限公司與河南能源化工集團公司自主創新設計、具有自主知識產權的五環爐(WHG)干粉煤氣化工藝技術，單臺爐煤氣的公稱生產能力為69 090 Nm3/h(以CO+H2計)，龍宇煤化工是國內第一套使用五環爐的大型化工企業，設有兩臺氣化爐并列運行，經過多年來的開車運行實踐和實施技改，裝置運行水平實現了質的進步。截至2021年底，實現五環爐A級安全穩定運行288 d，最高運行負荷為102%，連續創造了國內同類型裝置的多項記錄。

煤加壓輸送煤線系統自運行以來，在其中一臺氣化爐短停后，積存在系統中的煤粉約200t。原先采取了兩種方案:其一，通過循環管線輸送至外排煤粉倉，低價外運至電廠，這造成了極大浪費；其二，長時間積壓在系統中，導致出現煤粉板結，待下次開車時，積存的煤容易造成煤線波動，對系統運行造成很大隱患。筆者針對此項難題，開展了煤線互聯互通技改，結果顯示，不僅減少了煤粉浪費，而且開車初期煤線實現了穩定運行，基本不存在因煤粉板結跳線的情況，為開車初期的裝置運行提供了很大保障，同時為企業創造了更大效益。

1 粉煤加壓輸送和煤線輸送系統

1.1 煤加壓輸送流程

原料煤通過皮帶運輸機輸送到磨煤機和熱風爐分別進行碾磨和干燥后，合格的煤粉(煤粉粒徑滿足<90 μm約占90%；<5 μm約占10%，水質量分數2%以下)通過隔離、充壓、排放、泄壓、重新給煤的程序，采用高壓CO2(或氮氣)作為載氣，經常壓倉、煤鎖斗送入給料倉，一路由給料倉罐體側壁輸送至設在氣化爐本體上的4個煤燒嘴，另一路經循環管線減壓后返回至常壓倉，循環管線上安裝有減壓管。

1.2 煤線輸送流程簡述

五環爐給料罐將加壓后的煤粉采用高壓氮氣/二氧化碳進行底部流化，通過中底部流化出料的方式，由罐體側壁出料，為氣化爐的4個煤燒嘴提供煤粉，并分別配套4套煤粉循環回路，循環回路返回分別去兩處，其中一處返回至常壓煤粉儲倉，另一處排至臨時常壓儲倉。改造前的兩個系列煤粉給料罐單條線見圖1。

圖1 技改前的兩系列煤粉給料罐單條線

2 煤線運行的瓶頸

2.1 煤線運行的現狀

氣化爐停車有計劃和非計劃兩種情況。前者一般會根據停車時間倒推計算好剩余煤量，一般會剩余30t左右；后者由于受不確定因素影響被迫停車，導致存在系統內煤粉較多，按照目前單臺氣化爐滿負荷耗煤量計算，積壓在系統內煤粉有200t左右。由于停車后，需要排查處理故障，短則1～2d，長則5～10d，受再次開車時間不確定性因素的影響，導致煤粉存在系統內的時間也不穩定。

如果停車時間大于7d，一般會采取將剩余的煤粉通過煤循環管線排至臨時儲倉，由于煤粉過細，外銷用戶較少，只能通過罐車外送至電廠；如果停車時間小于7d，一般會將煤粉繼續儲存在系統內，待下次開車時繼續使用。

2.2 儲存在系統中煤粉的隱患

由于停車期間氣化爐檢修需要倒盲板，沒有氮氣保護，導致無流化氣流化、煤粉容易出現長時間堆壓和不流動，而高溫下的煤粉內在水析出，導致煤粉在儲倉內板結，形成煤塊，流動性變差。同時由于無氮氣保護，存在自燃風險。待再次開車時，積壓的煤粉會造成煤線波動，甚至跳線。

2.3 煤線波動對裝置的影響

在下次開車初期，由于殘留煤粉中有煤塊，導致煤線的速度和密度波動較大，而且存在經常跳線的情況，煤線運行情況見圖2。

圖2 技改前開車初期煤線運行效果

煤線運行不穩定，對整個裝置造成很大影響，具體包括以下幾點。

(1)煤粉燃燒不充分，過量煤粉進入渣水系統，造成渣水密度升高，最高時能達到7%，導致渣水泵流量降低，渣池液位上漲較快，不得不通過現場導淋排出，排出的渣水中含有大量的煤粉和合成氣，對環境造成一定影響。

(2)反應后的合成氣攜帶部分煤粉進入濕洗塔，液位波動較大，洗滌塔循環水泵液位降低，導致塔盤結垢，洗滌塔排水不暢，濕洗塔壓差上漲。

(3)由于煤線波動，煤量忽高忽低，導致氣化爐溫度波動較大，造成水汽系統運行不穩定，溫度時高時低，汽包液位波動較大。

(4)未燃燒的煤粉一部分隨著外排水進入澄清槽，導致系統水質變差，增加了絮凝劑的用量。

(5)影響氣化爐反應室水冷壁的掛渣效果，有垮渣的風險。

(6)影響燒嘴的使用壽命，煤線跳后造成燒嘴處出現偏燒，局部過熱，受熱不均，易出現燒嘴罩燒穿泄漏。

3 改造方案

3.1 改造前基本情況

在此次技改之前，單條煤線只能去對應系列氣化爐煤燒嘴和返回對應的常壓煤倉。

3.2 改造方案

為了減少煤粉浪費，同時減少對系統的影響，對現有2臺氣化爐煤粉系統煤線實施了以下技改；在原返回常壓儲倉煤粉循環管線上，增加1個三通，三通兩側各增加1道球閥，通過1根DN40管道將兩個系列的煤線相連至對應系列煤循環管線減壓管前，并在此處增加三通與原系列煤循環管線相連，避免與相應系列有效隔離，在此處也增加一道球閥。在管道三通的根部設置根部切斷閥，以防止正常運行時粉煤的竄氣、盲段堵塞等問題。以同樣形式，每個系列往對應系列增加互聯互通管線各兩條，確保短時間內煤粉輸送要求，最大限度提高煤粉利用率，真正做到變廢為寶。以兩個系列單條線為例，現場改造見圖3。

圖3 改造后的兩個系列煤粉給料罐

4 改造效果及效益

4.1 改造創新點

通過煤線互聯互通的技改，即兩個系列煤線通過聯通管線互連，徹底解決了停車后煤粉儲存困難和再次開車煤線波動的難題。

4.2 改造后運行效果及效益情況

項目自2021年6月實施改造后，0、1系列煤粉輸送系統達到互聯互通的目的，解決了停車后煤粉儲存自燃的隱患和開車后煤線波動的問題，延長了煤燒嘴的使用壽命，保障了氣化爐的長周期穩定運行，同時減少了大量的煤粉浪費，達到了節能減排的效果，創造了較大的經濟效益。改造后的煤線運行效果見圖4。

圖4 技改后的煤線運行效果

自技改至2022年4月，燒嘴運行245d后停車檢查，氣化爐爐膛掛渣效果較好，燒嘴頭及燒嘴罩未發現裂紋，改造前后燒嘴運行效果見圖5、圖6。

圖5 改造前后噴嘴運行效果

按照單臺氣化爐每年非計劃停車5次計算，2臺停車10次，每次減少外排煤粉約200t，全年減少外排2 000t，按照折標系數0.788 3kgce/kg計算，全年減少外排標煤約1 576.6t，按照千方有效氣耗煤0.540t標煤計算，全年可多產有效氣量約為2 919 629.63Nm3，按照噸精甲醇耗有效煤氣為2 250Nm3，約合生產甲醇1 297.6t，按市場價甲醇3 000元/t計算，全年減虧約389萬元。

4.3 改造后需要注意的問題

改造后需要重點關注的是，在輸送期間當運行的氣化爐煤燒嘴跳線時，順控會自動切至煤循環管線，和互聯互通管線同時輸送，會出現搶線和互竄的情況，容易造成管線堵塞。鑒于此種情況，在閥門確認期間，此時需要將運行氣化爐煤線切至臨時儲倉，防止出現煤線堵塞和互竄的情況。

在輸送期間，對應運行氣化爐的磨煤機應當根據常壓煤粉倉的料位靈活調節給煤機負荷，防止出現滿料觸發聯鎖跳磨煤機。

5 結語

通過煤線實施互聯互通管線的技改，停車后煤粉積壓和開車后煤線波動的難題得以解決，減少了煤粉的浪費，增加了燒嘴的使用周期，為裝置的長周期運行提供了保障，同時為企業創造了較高的經濟效益。